构造应力场解析1
构造地质1
一、鉴定张剪节理的主要标志（特征）剪节理：1.剪节理产状稳定，沿走向和倾向延伸较远。
2.剪节理面比较光滑平直，有时具有因剪切滑动留下的擦痕。
3.剪节理平整切割岩石的砾石式矿物颗粒，从砾石或矿物颗粒的错开表明两旁岩块的相对运动方向。
4.典型剪节理常常以共轭形式出现，组成X型，大多呈菱形、柱状。
5.主剪裂面由羽状微裂组成。
张节理：1.张节理产状不稳定，而且延伸不远，单条节理短而弯曲，节理常侧列产生。
2.张节理粗糙不平，无擦痕。
3.在胶结不太坚实的砾岩或者砂岩中的张节理常常绕砾石或者粗砂而过。
4.张节理多开口，一般被矿脉充填，脉宽变化较大；脉壁不平直。
5.张节理一般间距较大，很少聚集成带。
6.张节理一般在应力拉伸下平行排列，剪切力下剖面形成雁形。
二、如何利用原生沉积构造鉴定岩层顶底面1.斜层理：可利用细层上部与层系界面呈角度截交。
下部收敛变缓而与层系界面相切。
2.粒级层理（递变层理）：特征是在一个单层中，由底面到顶面的粒度由粗到细。
3.波痕：分为流动波痕和浪成波痕。
波峰尖端指向岩层顶面。
波谷的圆弧凸向底面。
4泥裂：V型。
向下变窄的尖端指向岩层底面，开口指向顶面。
5.雨痕，冰雹印痕：雨点或冰雹落在松软的沉积物上，后被沉积物充填并呈半圆形凸起。
6.冲刷印痕：凸痕所在的面为上覆岩层的底面，凹痕所在的面为下伏岩层的顶面。
7.生物化石标志：由一些圆锥形或圆拱形的薄层—--基本层叠置而成。
基本层的锥形或圆拱形向上指向岩层的顶面。
8.软沉积变形：在重力失稳和孔隙液压等因素控制下产生的。
三、变质核杂岩的形成过程定义：由于岩石圈的伸展，拆离，基底隆升和地表剥蚀作用。
1.使地壳深部的岩石逐渐上升，形成变质核杂岩。
2.拆离断层的特点：一般产于基底核差层之间，上为拆离上盘，下为拆离下盘。
上盘是一套浅层的正断层组成。
下盘为变质核杂岩。
3.形成过程：A：首先来自于岩石圈的集成和加厚作用于岩石圈。
B：拆离断层是由于伸展伸长模式产生的。
地质构造应力场分析方法与原则
地质构造应力场分析方法与原则摘要：构造应力场是地球动力学重要组成部分，是地壳动力学的主体部分，其研究对于构造分析研究、地震分析预报、工程抗震等领域都有着十分重要的理论和实践意义。
本次研究针对地质构造应力场的测量方法水力压裂法、井壁崩落法、磁组构法进行分析，并对地质构造应场力分析原则进行阐述，继而进一步丰富构造应力场的理论。
关键词：地质构造；构造应场力；应场力引言：构造应力场就是在一个空间范围内构造应力的分布。
构造应力场是作用在地壳某一地区内部的和由于这一地区某种变形的构造单元的发育而出现的应力总和。
应力场是一种物理场，它和其他物理场，如重力场、电滋场、位势场等一样，也是物质存在的一种形式。
场不是空间，而是在空间范围内某个物理量的按势分布。
随着时间的变化，场内各点的强度和方向也将发生变化。
构造应力场是地球动力学重要组成部分，是地壳动力学的主体部分，其研究对于构造分析研究、地震分析预报、工程抗震等领域都有着十分重要的理论和实践意义。
1.地质构造应力场概述构造应力场概念是由我国地质学家李四光率先提出的。
1947年李四光提出用构造形迹反推构造应力场，并研究各种不同力学性质的构造形迹与应力方向、应力作用方式之间的相互关系。
1940年格佐夫斯基也提出研究构造应力场，并把用赤平投影求主应力轴方向的方法引进构造应力场的研究。
1950年一1996年国内外地质工作者结合地震地质的研究工作开展了构造应力测量，经多年努力，通过野外与室内实测证实了构造应力的存在，并探索、研究了行之有效的构造应力测量技术方法，完善了构造应力测量的理论基础，建立了可靠的测量技术方法和数据处理系统。
万天丰（1999）、武红岭（1999，2003）等将矿场构造应力场研究的方法延伸到盆地构造研究领域，取得了人量的研究认识和资料，极大地丰富了构造应力场研究理论，也为盆地构造应力场研究积累了丰富的地质认识和方法。
1970年构造应力场的研究有长足进展，逐渐深入到地质学的多个领域。
古构造应力场第一章
能够利用的构造形变可称为具有应力 感的构造，要研究其形成时的应力状态以 及利用其空间产状来反推主应力方向。 要完整地研究构造应力场的演化史， 还必须把构造形变（改造）与岩相古地理 （建造）结合起来进行研究。 构造应力场的模拟研究方法包括各种 物理模拟与数学模拟。 应力方向和应力场强度的表示方法 构造应力场的研究意义
第一章
绪
论
构造研究的三个阶段： ⒈几何学，即形态学，是构造研究的 基础。 ⒉运动学，研究物质运动规律，如位 移方向、位移量等。 ⒊动力学，探索构造形变与应力状态 之间的关系，是构造应力场研究的主要内 容。
直立褶皱
斜歪褶皱
倒转褶皱 平卧褶皱
根据轴面和两翼产状划分的褶皱类型
一、构造应力场的概念
应力(σ )是作用在物体内任意截面的 单位面积(dF)上的内力(dP)。 σ x、σ y、σ z为正应力分量；τ xy 、 τ yz、τ xz为剪应力分量。 当剪应力分量等于零时，三个正应力 分量就称为主应力分量。 用 σ ３、σ ２和 σ １分别表示最大、中 间和最小主压应力轴。
图1-1
用截面法求内力示意图
图1-2
单元微分体各截面应力分量示意图
图1-3主应力示意图应力法定计量单位为Pa或MPa。 1MPa(兆帕斯卡)=106Pa(帕斯卡) =10bar(巴)≈10atm(大气压) ≈10kg/cm2 表述应力状态的常用术语：三向应
力、二向应力、单向应力；普通应力、 轴向应力、静岩应力。
地应力是地球内部应力的统称。 动态的地应力是指作短周期变化的应 力,如地震波引起应力波动,还有引潮力、 极移、短期自转速率变化等引起的应力变 动。它们积累不起来，对于构造运动可能 有触发作用，但不足以推动构造运动。 静态的地应力是指由重力和长期构造 运动所造成的应力。 本书只讨论静态应力。
构造应力场
σ
θ
σ
r
• •
a
θ
•
Ri 20a
•
圆孔周围任意点的切向应力与径向应力之和为 2倍的原岩应力，即 r 2H
Λ ＝1
λ ＝1时圆孔周围应力分布
14
“孔”周围的应力分布
2、有压圆孔
当孔内有液体（或巷内支护）时，液体（或支护物）对孔壁产生附加应力。 此时，围岩将受孔内应力影响进行应力的重新分布。根据弹性厚壁筒理论得：
•
矿山压力与岩层控制是研究矿山岩体力学现象的机理、控制理论，以及控制 所采用的人工构筑物的学科，属于岩石力学的分支，是矿山采掘工程的基础 学科。
概述
分类
概述
学习矿压的意义
矿山压力及其岩层控制是岩石力学在矿山上的应用学科，有人称之为矿山岩 石力学。它既是采矿工程最主要专业课之一，也是矿井开采方法课程的理论基础 课。在采矿中作用如下：
在原岩应力场弹性变形能包括体变弹性能、形变弹性能两种，由前苏联阿维 尔申计算为
体变弹性能
形变弹性能
(1 2 )(1 ) 2 2 2 Uv H 2 6 E (1 ) (1 )(1 2 ) 2 2 2 常由于塑性变形被吸收 Uf H 2 或转化，而消失。 3E (1 )
顶板：位于煤层以上一定范围内的岩层称为煤层顶板。根据煤层上方顶板对 回采工作面的影响程度和方式，把顶板进行再划分，即直接顶、伪顶和老顶。 伪顶：直接位于煤层之上，大多数情况下随采随冒的岩层。通常为厚度小于 0.3～0.5米的炭质页岩或其它松软脆弱岩层，一般允许悬露面积和时间在10平方 米和20分钟以下，很难在工作面维护住，而形成煤中矸石。在矿压上，伪顶主要 影响采场支架选型和采场安全。 直接顶：直接位于煤层或伪顶之上，通常随放顶而垮落的岩层。一般为一层 或几层岩性相近的岩层组成，常见岩性有页岩和砂页岩等。一般来说，直接顶裂 隙发育强度低，与前后方难以形成力的传递，从而形成静载荷作用于支架。然而 ，直接顶是采场直接维护的对象，其稳定状况，直接影响着矿工安全和正常生产 ，为此是矿压研究主要内容之一。 老顶（基本顶）： 位于直接顶（有时直接位于煤层）之上厚而坚硬，一般不 随放顶而冒落的岩层。常见岩性有砂岩、砾岩、石灰岩、坚硬的砂页岩等，一般 厚度大于2米，岩石的单向抗压强度Rc>60～80MPa，节理裂隙不发育，节理间距 和分层厚度均大于1m，其运动常给采场带来严重的矿压显现。一般认为，该岩层 内可以形成结构层，上方岩层重量可通过该层把力传递到工作面的前方煤壁和后 方煤柱或采空区。老顶的结构分析和运动规律是矿压研究主要内容。
构造地质学(3)地质构造分析的力学基础
• 屈服点
• 屈服极限
• 岩石在断裂前塑性变形应变达5—8%为中等韧性，超 过10%的材料性质为韧性，而脆性材料在弹性变形阶 段后，和断裂变形阶段前就没有或只有极小的塑性变 形（3—5%）
塑性变形的显微机制
• 由于岩石类型、围压条件、温度、应变速率和施加应力类型的不同，出现脆性到韧性的一系列变化现象， 在压缩和拉伸条件下，其变化有五种情况。
2. 剪应变： （1）定义：
角应变：变形前相互垂直的两条直线， 变形后其夹角偏离直角的量（ψ）
剪应变：角应变的正切（ γ ） （2）应变量计算：γ= tgψ
（右偏为正；左偏为负）
应变轴的规定及与主应力轴之关系
• 通过变形物体内部任意点总可以截取这样一个 立方体，在其三个互相垂直的面上都只有线应 变而无剪应变，即只有伸长和缩短，这三个互 相垂直的面称为主应变面，三个主应变方向称 为主应变轴。并规定：最大伸长方向为最大应 变轴（A轴），最大缩短方向为最小应变轴（C 轴），介于两者之间为中间应变轴（B轴），B 轴方向既可是拉伸，也可以是缩短
3.2 变形分析
•3.2.1 变形和应变
• 物体受到力的作用后，其内部各点间相互位置 发生改变，称为变形。变形可以是体积的改变， 也可以是形状的改变，或二者均有改变。
• 物体变形的程度用应变来量度，即以其相对变 形来量度，应变所涉及的物体形态的变化，总 是与物体的两个状况有关—初态和始态，所以 下面所指的应变，只涉及到系统的两个特定的 状态。
A.平移；B.旋转；C.形变；D.体变
物体变形的泥巴实验
Brittle Deformation Ductile Deformation
M.S. Patterson
Fig. 10.7
构造地质学-应力分析
压应力
应力莫尔圆的基本原理（stress Mohr diagram）
应力莫尔圆的基本原理（stress Mohr diagram）
应力莫尔圆的基本原理（stress Mohr diagram）
σ11 σ12 σ13
σ21 σ22 σ23
σ31 σ32 σ33
独立的应力分量实际上只有6个，可以用一个阵列表示，即： [σ]=S=[σx σy σz τxy τyz τzx ]T
过一点三个正交截面上6个应力分量就决定了一点应力状态。
任何应力状态，不论是二维 的或三维的，都由平均应力
平均应力
外力和内力
物质内部－研究对象本身的所含物质称为“内部”； 物质外界－研究对象以外的物体称为“外界”； 物质边界－研究对象本身与外界直接的接触面称为“边界”； 边界条件－指外界给研究对象的边界施加的某些限制，如体力确
定之后，面理的分布和物体的几何形态决定物体内的应力分布； 外力－研究对象外的物体对被研究物体施加的作用力称为外力
附加侧向拉伸条件下简单剪切时的应力状态 A 应力等值线图；B 主应力轨迹图；C 剪应力轨迹图
End
应力－－作用于单位面积上的内力（附加内力），或称 为应力是内力在面积上分布集度（内力集度）。
应力－－理解为一种趋向于使某一种物体发生变形的作 用（Jaeger and Cook,1976）。在固体力学中，必须用面 力的分布强度来描述这种作用的分布情况。
截面上一点的应力
为了研究截面某点（m点）附近的内力强度，可以 围绕该点取一很小面积⊿F，设其面积上作用力为 ⊿P，则有：
0
构造地质学 名词解释
名词解释：右列：垂直节理走向观察时远处节理向右侧错列，或在右端重叠地质构造：是指组成地壳的岩层或岩体在内外动力地质作用下发生的变形，从而形成诸如褶皱节理断层劈理以及其他各种面状和线状构造等构造尺度：对地质构造的观察研究可以按规模大小划分为许多级别，称为构造尺度，一般把构造尺度划分为巨型大型中型小型微型以及超微型等级别原生构造：沉积岩在沉积和成岩作用过程中没有产生构造变动的构造特点岩层：由两个平行或近于平行的界面所限制的岩性基本一致的层状岩体沉积岩层：由沉积作用形成的岩层岩层产状：指在产出地点的岩层面在三维空间的方位其主要包括岩层的走向倾向和倾角断层：是岩层或岩体顺破裂面发生明显唯一的构造断层线：是指断层面与断层线的交线整合接触：上下底层与沉积层序上没有间断，岩性或所含化石都是一致的或递变的，其产状基本一致，他们是连续沉积形成的，不整合接触:上下地层间的层序有了间断，先后沉积的地层间缺失了一部分地层。
平行不整合：一下两套地层的产状彼此平行，但在两套地层间缺失了一些时代的地层的不整合接触。
角度不整合；上下两套地层之间既缺失部分地层，且产状不同的接解关系。
应力：在应力均匀分布的情况下作用于单位面积上的内力。
变形：物体受到力的作用后其内部各点间相互位置发生改变称力变形。
主要有拉申，挤压，弯曲，扭转均匀变形：岩石的各个部分的变形性质方向和大小都相同的变形。
非均匀变形：岩石的各点变形方大小和性质都变化的变形构造应力场：地壳内一定范围内某一瞬时的瞬时的应力状态剪裂角：最大主应力轴方向与剪工破裂面之间的夹角共轭剪切破裂角：当岩石发生剪切破裂时，包含最大主应力轴象限的共轭剪切破裂面之间的夹角褶皱：地壳中岩石岩体在受内动力地质作用后发生弯曲变形而成的一种构造同沉积褶皱：一些在岩层沉积同时而逐渐形成的褶皱纵弯褶皱作用：岩层受到顺层挤压的作用而发生的褶皱横弯褶皱作用:岩层爱到与层面垂直的外力作用而发生的褶皱.节理：有明显破裂面而无位移的断层。
2020年中国矿业大学(北京)采矿工程专业矿山压力及其控制考研模拟试题及答案解析一_1_
中国矿业大学（北京）采矿工程考研全真预测一《矿山压力及其控制》一、名词解释（30分）1、矿山压力；2、碎胀系数；3、周期来压；4、支承压力；5、弹性后效；6、格里菲斯强度理论；7、充分采动；8、构造应力；9、岩石单轴抗压强度；10、结构面二、绘图解释岩石应力—应变全过程曲线。
（15分）三、绘图说明采煤工作面前方支承压力分布的基本规律及其分区。
（15分）四、简述工作面常见顶板事故产生的原因。
（15分）五、简述构造应力分布的基本特点。
（10分）六、简述采场支架与围岩石相互作用原理。
（15分）七、简述影响岩体强度的主要因素。
（15分）八、已知弹性波在某岩体中传播速度V M=1750m/s，弹性波在该中岩石中传播速度V R=2120m/s，岩石单向抗压强度R c=220MPa，单向抗拉强度R t=20MPa，试求该岩体的准岩体强度R cm及R tm。
（10分）九、试述采场上覆岩层关键层的特征。
（10分）十、论述有关采场上覆岩层活动规律的假说。
（15分）《矿山压力及其控制》模拟试题一参考答案一、名词解释（30分）1、矿山压力：由于矿山开采活动的影响，在巷硐周围岩体中形成的和作用在巷硐支护上的力。
2、碎胀系数：岩石破碎后处于松散状态下的体积与岩石碎胀前处于整体状态下的体积之比。
3、周期来压：老顶初次来压以后，随着工作面的继续推进，由于裂隙带岩层周期性失稳而引起的顶板来压现象称为工作面顶板的周期来压。
4、支承压力：在岩体内开挖巷道后，巷道围岩必然出现应力重新分布，一般将巷道两侧改变后的切向应力增高部分称为支承压力。
5、弹性后效：加载（或卸载）后经过一段时间应变才增大（或减小）到一定数值的现象。
6、格里菲斯强度理论：认为在材料内部存在许多均匀地、随机分布的窄缝形微裂隙。
在力的作用下，处于不利方位的裂隙端部就产生应力集中现象，使该处的应力达到所施加压力的几十倍甚至上百倍，于是裂隙就沿其长度方向开始扩张，直至材料整体破坏。
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矿物可作为温度计、压力计，进而反演矿物变形时的物理环境。 它主要是利用物理化学中的自由能判据进行分析。当新生矿物的克 分子体积比原始矿物的克分子体积小时，增加压力就有利于新生矿 物的形成。这说明，在高压下，新生矿物比原始矿物更稳定。因此， 根据矿物相可以判定压力水平。同理，有的矿物在化学变化中要放 热形成新矿物，有的则需吸热而形成新矿物。因为从热力学出发可 以分析，一些矿物在高温下稳定，另一些则在低温下稳定。这就可以 根据矿物相判定其温度水平。目前，研究较多的矿物温度计、压力计 有长石、辉石、石英、角闪石，云母、石榴石、方解石，白云母等。
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上述这些实际问题，是很值得那些讨论应力场的学者们考虑的。
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如认为地球上的应力和变形是由某种机制引起的，由此推出各点的 应力大小与方向。另一种是综合法，即把在各点测量得到的应力资 料收集起来，综合讨论变形的形式和应力场的分布。当然，前者的推 演也必须与具体点上的测量结果对比，以求得验证。因此，我们叙述 的方法是从点到面的综合法。现代应力场不等于古应力场。以下拟 从古应力场研究方法，现代应力场研究方法，物理模拟及数学模拟 等几个方面进行一些讨论。
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3. 分析各点变形之间的联系，必须注意考虑产生变形的模式和 变形的序次。
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为了从显微构造中寻找古应力的方向和大小，往往要在已知温 度、压力、应变速率的条件下进行实验，研究岩石中保存的微观结 构，并得出相应的函数关系。然后，对自然界中取自地壳不同深度、 不同部位的岩石进行显微结构分析，来推测可能的应力状态。例如， 从玄武岩、金伯利岩中取出从深部带上来的包体，研究其中的矿物 结构，从而推测应力随深度的变化。从断层带不同部位取样，研究各 部位曾受到的应力大小，变形的温度、压力条件等。
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应料力去知构首推道先造测得，应区地却力域应很场的力少的情测,研况而量究，全费这是面用很十综高可分合，能重地数是要分据不的析有对，应限的但力，。是场往我的往们工是对作利岩更用石少局圈。部(原地测因球量如)的的下资: 分一量个，其最方至次后面多。，，不应应超力力过测测4量量个中涉分有及量6很，个多很独专少立门能分技得量术到，，6一个使种分用方量某法。种往这方往也法只是的能需测测要量出推人1测-员2个的， 往往并不熟悉用其它方法取得的结果。
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图7.2给出了由28个中新世N后的火山群或火山区推断出的当代 应力系统中水平最大主应力的方向。由图可见，在阿留申岛弧区, 阿 拉斯加半岛火山岩墙的优势排列方向为北西向，和太平洋板块与北 美板块碰撞的方向一致。这样，由岛弧区火山系推断的水平最大压 应力方向平行于区域构造应力方向。在弧后区，阿拉斯加白令海棚 区岩墙密集带的优势方向是东西向，它可能相当于B轴，共垂直方向 是P轴，南北方向是T轴。这说明岛弧的火山带是在板块碰撞的压应 力作用下形成的。这种压应力可能由俯冲引起，并可通过整个岛弧 结构传递。